專利名稱：使用脈沖氣提泵的膜清洗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜過濾系統(tǒng)，更特別地涉及用于使用脈沖流體流有效清洗該系統(tǒng)中所用的膜的裝置和相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
用于處理廢水的膜的重要性正迅速提高。現(xiàn)在公知的是，膜工藝可以用作污水的有效三級處理并提供水質(zhì)好的出水。然而，其資金成本和運(yùn)行成本可能會(huì)過高。隨著其中膜組件浸沒在大給水箱中且通過施加在膜的濾液側(cè)的抽吸力或通過重力給料來收集濾液的浸沒式膜工藝的到來，在一級中結(jié)合了生物和物理工藝的膜生物反應(yīng)器有希望更緊湊、有效和經(jīng)濟(jì)。由于其多功能性，膜生物反應(yīng)器的尺寸包括從家用(如化糞池系統(tǒng))到社區(qū)和大規(guī)模污水處理。膜過濾工藝的成功主要取決于使用有效和高效的膜清洗方法。通常使用的物理清洗方法包括使用滲透液或氣體或其組合的反洗(反沖、反沖洗)、使用呈在液體中的氣泡形式的氣體的膜表面沖刷或沖洗。通常地，在氣體沖洗系統(tǒng)中，將氣體噴射(通常使用鼓風(fēng)機(jī))到其中浸沒有膜組件的液體系統(tǒng)中以形成氣泡。然后如此形成的氣泡向上運(yùn)動(dòng)沖刷膜表面，以除去形成在該膜表面上的污垢物質(zhì)。產(chǎn)生的剪切力主要取決于初始?xì)馀菟俣取馀莩叽绾褪┘拥皆摎馀萆系暮狭?。為了提高沖刷效果，必須供給更多的氣體。然而，該方法會(huì)消耗大量能量。而且，在高固體濃度環(huán)境中，氣體分布系統(tǒng)可能會(huì)逐漸被脫水的固體堵塞或僅僅在氣流意外停止時(shí)就被堵塞。此外，在高固體濃度的環(huán)境中，在其中清潔濾液通過膜而更高固含量的滲余物被留下的過濾過程中，接近該膜表面的固體濃度極化變得很大，導(dǎo)致膜阻力升高。這些問題中有些已經(jīng)通過使用兩相流來清洗該膜而得到了解決。在循環(huán)基礎(chǔ)上提供氣泡的循環(huán)充氣系統(tǒng)據(jù)稱能降低能量消耗，同時(shí)仍提供足夠的氣體以有效沖刷該膜表面?？紤]到這種循環(huán)操作，這種系統(tǒng)通常需要復(fù)雜的閥門設(shè)置和控制裝置，這會(huì)提高所需的初始系統(tǒng)成本和該復(fù)雜閥門和開關(guān)設(shè)置的后續(xù)維護(hù)成本。在大的系統(tǒng)中機(jī)械閥操作也限制了循環(huán)頻率。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)循環(huán)充氣并不能有效地更新該膜表面。將會(huì)需要提供不需要借助于復(fù)雜閥門開關(guān)等來控制操作的能量有效的沖刷工藝操作。還優(yōu)選提供通過該膜表面的兩相液氣流以提供一種更有效的沖刷工藝，同時(shí)使這種清洗工藝所需的能量最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明至少在其實(shí)施方案中尋求克服或至少改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點(diǎn)或至少為公眾提供有用的替代方式。
根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用流體流清洗浸沒在液體介質(zhì)中的膜表面的方法，包括沿該膜表面提供無規(guī)產(chǎn)生的間歇或脈沖流體流以從中去除污垢材料并降低固體濃度極化的步驟。優(yōu)選，該流體流包括氣流。優(yōu)選地，該氣流呈氣泡形式。進(jìn)一步優(yōu)選，該流體流包括兩相氣/液流。優(yōu)選地，該方法包括使用供給了加壓氣流的裝置來產(chǎn)生脈沖兩相氣/液流。進(jìn)一步優(yōu)選，該加壓氣流的供給是基本恒定的。優(yōu)選地，該脈沖流體流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是無規(guī)的。在本發(fā)明的一種形式中，將該脈沖兩相氣/液流與基本恒定的兩相氣/液流結(jié)合使用。任選地，可以使用鼓風(fēng)機(jī)等裝置在所述液體介質(zhì)中提供另外的氣泡源。所用的氣體可以包括空氣、氧氣、氯氣、臭氧、氮?dú)?、甲烷或適用于特定應(yīng)用的任何其他氣體。為了沖刷和/或充氣的目的，空氣是最經(jīng)濟(jì)的。氯氣可以用于通過在膜表面處的化學(xué)反應(yīng)洗滌、消毒和提高清洗效率。臭氧的使用除了與上述氯氣類似的作用之外，還具有其他特征，例如將DBP前體氧化和將不可生物降解的NOM轉(zhuǎn)化為可生物降解的溶解有機(jī)碳。在一些應(yīng)用中，例如其中不適用氧氣或氧化劑的厭氧生物環(huán)境或非生物環(huán)境中，可以使用氮?dú)?，特別是在給料罐密封且能夠捕獲并再循環(huán)氮?dú)獾那闆r下。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種膜組件，其包括多個(gè)多孔膜或一組膜組件，和用于提供無規(guī)產(chǎn)生的脈沖流體流以使得在使用時(shí)所述流體流移動(dòng)通過所述膜的表面以從中去除污垢材料的裝置。優(yōu)選，該流體流包括產(chǎn)生移動(dòng)通過所述膜表面的氣泡的氣流。進(jìn)一步優(yōu)選，該流體流包括兩相氣/液流。優(yōu)選地，所述脈沖兩相氣/液流是由具有基本恒定的氣體供給的裝置產(chǎn)生的。優(yōu)選地，該脈沖氣流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是無規(guī)的。在使用一組膜組件的情況下，該組件通常裝配在位于容納給料的容器或罐中的陣列、支架或盒中。為了清洗支架或盒膜組件，可以將所述用于提供該脈沖氣體或兩相氣/液流的裝置與分布器連接，將產(chǎn)生的脈沖氣泡通過該分布器分布到該組件中。優(yōu)選為一個(gè)組件或少數(shù)幾個(gè)組件設(shè)置一個(gè)裝置。由此，通常對一個(gè)支架或盒子安裝有多個(gè)裝置。優(yōu)選向該支架供給氣體然后沿支架總管分布到各裝置。盡管該氣體以連續(xù)方式供給到各個(gè)裝置中，但在無規(guī)的時(shí)間從該裝置沿該支架產(chǎn)生氣泡的噴發(fā)，在不穩(wěn)定條件下保持該膜罐給料基本恒定。這種作用降低了固體濃度極化并因此降低了過濾阻力。當(dāng)從支架頂部向下看時(shí)，氣泡從該支架內(nèi)的不同組件中無規(guī)地出現(xiàn)，形成無規(guī)的分布模式。甚至在供給該支架的氣體連續(xù)且流速相同的情況下，流到各個(gè)組件的氣流體積通常也在小范圍內(nèi)(一般在小于15%的范圍內(nèi))波動(dòng)。這是由于脈沖氣提裝置內(nèi)的背壓波動(dòng)所致。優(yōu)選，該膜包括多孔中心纖維，該纖維的各端固定在集管中，下集管中形成有一個(gè)或多個(gè)孔，所述兩相氣/液流通過該孔引入。該孔可以是圓形、橢圓形或狹縫形式的。該纖維通常一端(通常是下端)密封而另一端敞開以使得可以除去濾液，然而，在某些設(shè)置中，該纖維可以兩端敞開以從一端或兩端除去濾液。該纖維的密封端可以封裝在封裝頭(pottinghead)上也可以保持不封裝。該纖維優(yōu)選以墊、圓柱形陣列或束設(shè)置。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到所述清洗工藝同樣可應(yīng)用于其他形式的膜，例如平坦或平板膜。進(jìn)一步優(yōu)選，該膜包括多孔中空纖維，該纖維的各端固定在集管中以構(gòu)成子組件。將一組子組件組裝以形成組件。在子組件之間，留有一個(gè)或多個(gè)孔以允許氣/液通過或分布到該子組件中。根據(jù)一種優(yōu)選形式，本發(fā)明提供一種從多個(gè)多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，其中所述多個(gè)多孔中空纖維膜安裝并縱向延伸在陣列中以形成膜組件，所述膜被彼此緊密鄰近設(shè)置并安裝以防止其間的過度運(yùn)動(dòng)，該方法包括提供通過所述膜表面的通常無規(guī)產(chǎn)生的均勻分布的脈沖氣泡流的步驟，所述分布使得所述氣泡在所述陣列中的各膜之間基本均勻地流動(dòng)以沖刷所述膜的表面并從該膜組件內(nèi)去除累積的固體。優(yōu)選，氣泡流進(jìn)一步包括兩相氣/液流。優(yōu)選地，所述脈沖兩相氣/液流是由具有基本恒定氣體供給的裝置產(chǎn)生的。優(yōu)選地，該脈沖氣流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是無規(guī)的。根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供一種膜組件，其包括多個(gè)多孔中空纖維膜，所述纖維膜被彼此緊密鄰近設(shè)置并安裝以防止其間的過度運(yùn)動(dòng)，該纖維膜的各端固定在集管中，還包括一個(gè)在其中具有一個(gè)或多個(gè)開孔的集管，通常無規(guī)的脈沖氣流通過該開孔引入，用于清洗所述中空纖維膜的表面。優(yōu)選，該流體流包括氣流。進(jìn)一步優(yōu)選，該氣流呈氣泡形式。優(yōu)選，氣流包括兩相氣/液流。優(yōu)選地，所述脈沖兩相氣/液流是由具有基本恒定的氣體供給的裝置產(chǎn)生的。優(yōu)選地，該脈沖流體流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是無規(guī)的。優(yōu)選地，該裝置包括響應(yīng)于來自與其連接的氣體源的所述基本恒定的加壓氣體供給而操作的氣提泵裝置，用于儲存和無規(guī)地釋放加壓氣體，并使用該釋放的加壓氣體氣提一定量的來自液體儲蓄處的所述液體以產(chǎn)生所述脈沖兩相氣/液流。優(yōu)選，所述氣提泵裝置包括用于儲存由所述氣體源提供的所述氣體并具有位于所述液體儲蓄處內(nèi)的上封閉端和下開口端的倒置氣體儲存腔、具有與所述液體儲蓄處流體連通的入口端和與所述膜組件流體連通的出口端的垂直提升管，所述提升管具有與所述氣體儲存腔流體連通的開口，其安置成用于在該腔中的氣體含量達(dá)到預(yù)設(shè)含量時(shí)接收來自所述室的所述儲存氣體并將該液體氣提通過所述提升管用于排放到所述組件中。優(yōu)選地，該垂直提升管位于該氣體儲存腔之內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，該氣體供給是由包含加壓氣體的外部罐(tank)提供的，該罐與該膜組件流體連通，并具有用于向該組件提供無規(guī)產(chǎn)生的氣體脈沖以形成所述用于清洗該膜表面的氣/液流的控制裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，該控制裝置可以包括位于該膜組件的氣/液入口中且可根據(jù)入口中的液體的水平操作以從該外部罐中提供氣體的裝置。例如，可以使用浮動(dòng)裝置以根據(jù)液體的水平激活該控制裝置。優(yōu)選地，可以保護(hù)該纖維，并用具有適當(dāng)間隔的垂直和水平元件的組件支撐篩網(wǎng)限制纖維移動(dòng)，以提供通過該纖維的自由的流體和氣體流動(dòng)，并限制纖維的運(yùn)動(dòng)幅度，降低該纖維的封裝頭處的能量集中。優(yōu)選，可以將該組件封裝在基本為固體(solid)的或不透液(liquid)/氣(gas)的管中，并與該脈沖氣提泵裝置連接，以將該兩相氣/液流保留在該組件中。優(yōu)選，所述開口包括一個(gè)或多個(gè)狹縫或一行孔。優(yōu)選地，該纖維束位于該多個(gè)狹槽或孔行之間的封裝頭中。可以將所用的液體供給給該膜組件。優(yōu)選，該無規(guī)產(chǎn)生的脈沖的脈沖頻率在通常為O.1 200秒的范圍內(nèi)變化。需要理解，該脈沖頻率與該裝置的結(jié)構(gòu)相關(guān)，使用特定的結(jié)構(gòu)，該脈沖頻率優(yōu)選在約10 約300%范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地，該脈沖氣提泵裝置可以任選地是與流體分布器流體連通而連接的，從而將該脈沖的氣泡基本均勻分布到該過濾組件中。優(yōu)選地，該組件內(nèi)的纖維具有約5 約80 %，更優(yōu)選地約8 約55 %的填充密度(如上所限定)。優(yōu)選，所述孔具有在約I 40mm范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約1. 5 約25mm范圍內(nèi)的直徑。在狹縫或一行孔的情況下，選擇該開孔面積與上述孔等效。典型地，該纖維內(nèi)徑在約O.1mm 約5mm范圍內(nèi)，優(yōu)選在約O. 25mm 約2mm范圍內(nèi)。該纖維的壁厚取決于所用的材料和與過濾效率相對所需的強(qiáng)度。典型地，壁厚為
O.05 2mm,更通常為O.1mm 1mm。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種膜生物反應(yīng)器，其包括具有用于將給料引入其中的裝置、用于在所述罐內(nèi)形成活性污泥的裝置的罐，位于所述罐內(nèi)以浸潰在所述污泥中的根據(jù)第三方面的膜組件，所述膜組件具有用于將濾液從所述膜的至少一端移除的裝置。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種上面方面中所述類型的膜生物反應(yīng)器的操作方法，其包括將給料引入所述罐；對所述纖維施加真空以從其中去除濾液，同時(shí)通過所述組件內(nèi)的充氣開孔提供所述脈沖氣流，以使得在使用中所述氣流運(yùn)動(dòng)通過所述膜纖維的表面以從中去除污垢材料。如果需要，可以在該罐內(nèi)提供進(jìn)一步的充氣源以促進(jìn)微生物活性。優(yōu)選，該膜組件垂直懸浮在該罐內(nèi)，且所述進(jìn)一步的充氣源可以提供在該懸浮的組件之下。優(yōu)選地，該進(jìn)一步的充氣源包括一組透氣管?？梢愿鶕?jù)通量和給料條件決定使用或不使用反洗操作該膜組件。在該生物反應(yīng)器中高度混合的懸浮固體液體(5000 20000ppm)已被證明能顯著降低滯留時(shí)間和改善濾液質(zhì)量。在降解有機(jī)物質(zhì)和膜清洗中結(jié)合使用充氣已被證明能在不顯著提高跨膜壓力的情況下產(chǎn)生恒定的濾液流，同時(shí)建立高濃度的MLSS。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種水處理系統(tǒng)，其包括罐、與該罐流體連接的液體腔、與該液體腔流體連接的氣體腔、和與該氣體腔流體連接的膜組件。優(yōu)選地，該水處理系統(tǒng)包括具有與該液體腔連接的抽吸側(cè)和與該氣體腔連接的排放側(cè)的氣體轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。優(yōu)選，氣體源流體連接該液體腔。優(yōu)選地，該系統(tǒng)包括包含該膜組件的膜組件容器，該膜組件容器與該罐液壓連接。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供水處理系統(tǒng)，其包括與水源流體連接的液體儲蓄處、包含第一隔室和第二隔室的氣/液腔、和與該第二容器液壓連接的分離容器；其中該第一隔室與該液體儲蓄處流體連接。優(yōu)選，該系統(tǒng)包括與該膜組件液壓隔離的腔室和與該腔室連接的氣體源。優(yōu)選地，該膜組件浸沒在膜罐內(nèi)容納的含有固體的液體給料中，該膜罐與流體連接該腔室的該充氣區(qū)域液壓連接。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種沖刷膜組件的方法，其包括提供具有第一隔室和第二隔室的室；在該第一隔室和該膜組件之間建立液壓密封；用液體給料至少部分填充該第一隔室和將氣體引入該室中。優(yōu)選地，該方法包括破壞該液壓密封，其中對該液壓密封的破壞將把該室內(nèi)包含的至少一部分氣體釋放到該膜組件，然后在該第一隔室和該膜組件之間再次建立該液壓密封。優(yōu)選地，該方法包括再次破壞和再次建立該液壓密封，以產(chǎn)生該室內(nèi)包含的至少一部分氣體的脈沖釋放。優(yōu)選地，該方法包括將液體給料引入該第二隔室中。在該方法的一種形式中，氣體向該室中的引入是基本連續(xù)進(jìn)行的。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種清洗位于包含液體的容器中的過濾膜的方法，其通過在該容器內(nèi)的多個(gè)位置處在該液體內(nèi)提供通常無規(guī)的流體脈沖來完成。優(yōu)選地，該流體脈沖的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是無規(guī)的。優(yōu)選，該流體包括氣體。進(jìn)一步優(yōu)選，該氣體呈氣泡形式。優(yōu)選，流體包括兩相氣/液混合物。優(yōu)選地，所述脈沖兩相氣/液混合物是由具有基本恒定的氣體供給的裝置產(chǎn)生的。
附圖簡要說明下面將僅通過實(shí)施例的方式參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖；圖2顯示了在脈沖活化階段的圖1的組件；圖3顯示了在完成脈沖兩相氣/液流體階段之后的圖1的組件；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方案的水處理系統(tǒng)的簡要示意性橫截面正視圖；圖6是圖1的實(shí)施方案中所示類型的膜組件的陣列的簡要示意性橫截面正視圖；圖7A和7B是顯示脈沖氣提裝置內(nèi)的操作液體的水平的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖；圖8是在圖1的實(shí)施方案中所示類型的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖，顯示了該脈沖氣提泵中的污泥累積；圖9是顯示該污泥去除工藝的一種實(shí)施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖；圖10是脈沖液體流型式和供給的空氣流速隨時(shí)間的變化圖；和圖11是對比使用氣提裝置和根據(jù)本發(fā)明的脈沖氣提裝置的清洗效率的膜滲透率隨時(shí)間的變化圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述參照附圖，圖1 3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的膜組件配置。該膜組件5包括多個(gè)安裝在下封裝頭7中并由其延伸的可滲透的中空纖維膜束6。在該實(shí)施方案中，將該膜束分隔開以在該膜束6之間提供空間8。可以理解，可以在該組件5內(nèi)采取任何期望的的膜設(shè)置。在該下封裝頭7中提供有多個(gè)開口 9以允許流體通過其從位于該下封裝頭7之下的分布腔10流入。脈沖氣提泵裝置11提供在該分布腔10之下并與其流體連通。該脈沖氣提泵裝置11包括在其下端13敞開并具有與其上端相鄰的氣體入口 14的倒置氣體收集腔12。中心提升管15延伸通過該氣體收集腔12并與分布腔10的底部流體連接且在其下端16敞開。該提升管15在沿其長度的中途具有一個(gè)或多個(gè)開口 17。管狀槽18在低于開口 17的位置從提升管15在周圍和向上延伸。
在使用中，該組件5浸沒在液體給料19中，將加壓氣體源基本連續(xù)地施加到氣體入口 14。該氣體逐漸替代該倒置氣體收集腔12內(nèi)的液體給料19，直至其達(dá)到開口 17的水平面。此時(shí)，如圖2中所示，該氣體沖破該開口 17上的液體密封，涌過該開口 17并向上通過該中心提升管15，產(chǎn)生氣泡和給料液體的脈沖，該脈沖流動(dòng)通過分布腔10并進(jìn)入該膜組件5的底部。該氣體的快速涌出還將液體抽吸通過該提升管15的底部開口 16，產(chǎn)生高速的兩相氣/液流。然后該兩相氣/液流流動(dòng)通過該開口 9以沖刷該膜6的表面。該槽18防止了該開口 17的即刻再次密封并使得該氣/液混合物在最初脈沖之后短時(shí)間內(nèi)連續(xù)流動(dòng)。該氣體的最初涌動(dòng)提供了液體轉(zhuǎn)移的兩個(gè)階段噴射和抽吸。當(dāng)該氣泡彈(slug)最初釋放到提升管15中時(shí)發(fā)生該噴射階段，產(chǎn)生強(qiáng)浮力將氣體和液體快速噴射通過該提升管15并接著通過該膜組件5以對該膜表面產(chǎn)生有效的清洗作用。該噴射階段之后是抽吸或虹吸階段，其中氣體快速流出該提升管15由于密度差而產(chǎn)生臨時(shí)的壓力降，導(dǎo)致液體被抽吸通過該提升管15的底部16。由此，在該最初的快速兩相氣/液流之后是降低的液體流速，其也能通過開口 17吸入另外的氣體。然后用給料液體再次填充該氣體收集腔12，如圖3中所示，該過程再次開始，產(chǎn)生對該組件5內(nèi)的膜6的兩相氣/液清洗的另一個(gè)脈沖。由于該過程的相對無控制性，該脈沖的頻率和持續(xù)時(shí)間通常是無規(guī)的。圖4顯示了圖1 3的實(shí)施方案的另一種變型。在該實(shí)施方案中，提供了混合設(shè)置，其中除該脈沖兩相氣/液流之外，還在開口 20處向該提升管15的上部或下部提供了穩(wěn)態(tài)氣體供給，以產(chǎn)生由間歇脈沖兩相氣/液流補(bǔ)充的通過該組件5的恒定氣/液流。圖5顯示了關(guān)于圖1 3的實(shí)施方案所述類型的組件35和泵裝置11的陣列。該組件5位于給料罐36中。在操作中，由各泵裝置11產(chǎn)生的氣泡脈沖對各組件5無規(guī)發(fā)生，導(dǎo)致在該給料罐36內(nèi)脈沖氣泡產(chǎn)生的總體無規(guī)分布。這在該給料罐36內(nèi)產(chǎn)生恒定但無規(guī)或混亂變化的液體給料攪動(dòng)。圖6顯示了本發(fā)明應(yīng)用于使用膜生物反應(yīng)器的水處理系統(tǒng)中的一種設(shè)置。在該實(shí)施方案中，在生物反應(yīng)器罐21和膜罐22之間提供該脈沖兩相氣液流。所述罐通過倒置氣體收集腔23結(jié)合在一起，其中該倒置氣體收集腔23具有一個(gè)位于該生物反應(yīng)罐21內(nèi)的垂直延伸壁24和位于該膜罐22內(nèi)的另一垂直延伸壁。壁24在該生物反應(yīng)罐21內(nèi)延伸到比膜罐22內(nèi)的壁25更低的深度。該氣體收集罐23被該生物反應(yīng)罐21和膜罐22之間的連接壁26分隔開，限定出兩個(gè)隔室27和28。將氣體(典型地為空氣)通過開口 29提供到該氣體收集腔23。膜過濾組件或裝置30位于膜罐22內(nèi)垂直壁25的下端之上。在使用中，將氣體在壓力下通過開口 29提供給該氣體收集腔23，導(dǎo)致腔室23內(nèi)的水的水平降低直至其到達(dá)壁25的下端31。在該階段，氣體從隔室27中通過該壁25快速逃逸并作為氣泡向上通過該膜罐22，產(chǎn)生通過該膜組件30的兩相氣/液流。該氣體的涌出還導(dǎo)致氣體收集腔23的隔室28內(nèi)的氣體的快速減少，使得另外的水被從該生物反應(yīng)罐21虹吸并進(jìn)入該膜罐22中?？梢杂门c氣體源(未示出)連接的閥門(未示出)控制通過開口 29的氣流。可以用控制器裝置(未示出)操作該閥門?？梢岳斫?，上述實(shí)施方案中所述的脈沖流產(chǎn)生清洗裝置可以使用各種已知膜構(gòu)造，且并不限于所示的特定設(shè)置。該裝置可以與膜組件或組件的組合直接連接。將氣體(典型地為空氣)連續(xù)供給該裝置，產(chǎn)生用于膜清洗和表面更新的脈沖兩相氣/液流。該脈沖流是通過該裝置使用連續(xù)氣體供給產(chǎn)生的，然而，可以理解，在使用非連續(xù)氣體供給時(shí)也可以產(chǎn)生脈沖流，但具有不同的脈沖形式。在一些應(yīng)用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)脈沖氣提泵裝置11內(nèi)的液體的水平在水平A和B之間變化，如圖7A和7B中所示。在該氣提泵裝置11內(nèi)的頂端，通常留有由于形成氣窩而導(dǎo)致液相不能到達(dá)的空間37。當(dāng)這種泵裝置11在高固態(tài)環(huán)境中(例如在膜生物反應(yīng)器中)操作時(shí)，浮渣和/或脫水污泥39可能會(huì)逐漸累積在位于該泵裝置11頂端處的空間37中，這最終可能導(dǎo)致氣體流動(dòng)通道40的堵塞，導(dǎo)致降低的脈沖作用或毫無脈沖作用。圖8顯示了這種情
旦
-5^ O已經(jīng)確認(rèn)了幾種用于克服該作用的方法。一種方法是將該注氣點(diǎn)38定位于低于在操作過程中達(dá)到的上液面以下的位置，圖7A和7B中的水平面A。當(dāng)該液體的水平到達(dá)注氣點(diǎn)38或以上時(shí)，該氣體產(chǎn)生驅(qū)散在該泵裝置11的頂端附近可能累積的浮渣或污泥的液體噴射41。圖9示意性地顯示了這種作用。該噴射41的強(qiáng)度與注氣點(diǎn)38和氣體流速有關(guān)。該方法可以防止污泥在該泵裝置11內(nèi)的任何長期累積。另一種方法是周期性排放該泵裝置11內(nèi)的氣體以使在操作過程中該液體的水平到達(dá)泵裝置11內(nèi)的頂端空間37。在這種情況下，該氣體的注入必須位于或接近該泵裝置11內(nèi)的最高點(diǎn)，使得可以排放整個(gè)或幾乎整個(gè)該氣窩37。圖7中所示的氣體連接點(diǎn)38是一個(gè)例子。根據(jù)污泥質(zhì)量，可以在不同頻率下周期性地進(jìn)行該排氣以防止在該泵裝置內(nèi)產(chǎn)生任何長期干燥的環(huán)境。在泵裝置11的操作中，還應(yīng)指出，圖7中的液體的水平A可以根據(jù)氣體流速而改變。氣體流速越高，在該泵裝置11內(nèi)的氣窩形成也越少。由此，另一種可以使用的方法是在操作過程中將高得多的空氣流 周期性注入到該泵裝置11內(nèi)以驅(qū)散脫水污泥。根據(jù)該裝置的設(shè)計(jì)，該作用所需的氣體流速比通常操作的氣體流速通常高約30%或更高。在一些裝置操作中這可以通過將氣體從其他膜罐轉(zhuǎn)移到選定的罐中以臨時(shí)產(chǎn)生短時(shí)間的流速高得多的氣流以驅(qū)散脫水污泥來實(shí)現(xiàn)?；蛘?，可以周期性地使用備用鼓風(fēng)機(jī)(未示出)來短時(shí)間地供給更多的氣流。上述方法可以單獨(dú)或以組合方式使用，以實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定的操作和消除該泵裝置11內(nèi)的任何浮渣/污泥累積。
實(shí)施例—種典型的膜組件是由中空纖維膜組成的，具有1. 6m的總長度和38m2的膜表面積。脈沖流產(chǎn)生裝置與該典型的膜組件連接。在提升管的下端處設(shè)置槳輪流量計(jì)，以監(jiān)控氣體提升的脈沖液體流速。圖10顯示了在7. SNmVhr的恒定氣體供給流速下該脈沖液體流速的快照。該快照顯示了進(jìn)入該組件的液體流具有在高點(diǎn)和低點(diǎn)之間的無規(guī)或混亂型式。從低到高液體流速的頻率在約I 4. 5秒范圍內(nèi)。未測定釋放到該組件的實(shí)際氣體流速，因?yàn)槠渑c液體混合，但預(yù)期其流動(dòng)型式與該液流類似，以混亂形式在高點(diǎn)和低點(diǎn)之間變化。在膜生物反應(yīng)器中進(jìn)行了通過脈沖和普通氣提裝置實(shí)現(xiàn)的膜清洗效果的比較。該膜過濾循環(huán)是12分鐘過濾接I分鐘釋放。在每個(gè)空氣流速下，測試兩個(gè)重復(fù)循環(huán)。兩組測試之間的唯一區(qū)別是與該組件連接的裝置——普通氣提裝置與脈沖氣提裝置的對比。根據(jù)在過濾過程中的滲透率降低來評價(jià)膜清洗效率。圖11顯示了使用兩種不同氣提裝置在不同空氣流速下的滲透率圖。從這些圖中顯而易見地得出使用脈沖氣提泵時(shí)膜污垢率較低，因?yàn)槠涮峁┝吮绕胀馓岜秒S時(shí)間變化的更穩(wěn)定的滲透率。在典型的循環(huán)充氣設(shè)置和本發(fā)明的脈沖氣提充氣的性能之間進(jìn)行進(jìn)一步的對比。脈沖氣提的空氣流速為3m3/h，循環(huán)充氣的為6m3/h。測試IOs開/IOs關(guān)和3s開/3s關(guān)的循環(huán)充氣周期。選擇IOs開/IOs關(guān)的循環(huán)充氣來模仿大規(guī)模裝置的實(shí)際操作，閥的最快開關(guān)為10s。選擇3s開/3s關(guān)的循環(huán)充氣來模仿在脈沖氣提裝置的操作范圍內(nèi)的頻率。在約30LMH的標(biāo)準(zhǔn)化的流量下測試性能，且該性能包括30分鐘的長過濾循環(huán)。下表I匯總了對脈沖氣提操作和兩種不同頻率的循環(huán)充氣操作的測試結(jié)果。與循環(huán)充氣操作相比，在短過濾和長過濾循環(huán)過程中脈沖氣提操作的滲透率降低明顯小得多。盡管高頻率循環(huán)充氣略微改善了該膜的性能，但該脈沖氣提操作保持了穩(wěn)定得多的滲透率，證實(shí)了使用脈沖氣提設(shè)置的清洗過程更有效。
表I空氣沖洗(scouring)方式對膜性能的影響
權(quán)利要求
1.用流體流清洗浸沒在液體介質(zhì)中的膜表面的方法，包括沿所述膜表面提供無規(guī)產(chǎn)生的間歇或脈沖流體流以從中去除污垢材料的步驟。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述流體流包括氣流。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述氣流包括氣泡。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述流體流包括兩相氣/液流。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述方法包括使用供給加壓氣流的裝置產(chǎn)生脈沖兩相氣/液流。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述加壓氣流是基本恒定的。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括將所述脈沖兩相氣/液流與基本恒定的兩相氣/液流結(jié)合使用。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在所述液體介質(zhì)中提供另外的氣泡源。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述脈沖流體流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是任意的。
10.膜組件，包括多個(gè)多孔膜或一組膜組件，和用于提供通常無規(guī)產(chǎn)生的脈沖流體流以使得在使用時(shí)所述流體流移動(dòng)通過所述膜的表面以從中去除污垢材料的裝置。
11.權(quán)利要求10的膜組件，其中所述流體流包括氣流。
12.權(quán)利要求11的膜組件，其中所述氣流包括氣泡。
13.權(quán)利要求11的膜組件，其中所述脈沖氣流是由所述具有氣體供給的裝置產(chǎn)生的。
14.權(quán)利要求10的膜組件，其中所述脈沖流體流包括兩相氣/液流。
15.權(quán)利要求10的膜組件，其中所述脈沖流體流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是任意的。
16.權(quán)利要求10的膜組件，其中所述用于提供所述脈沖流體流的裝置進(jìn)一步包括與所述裝置流體連通的分布器，且通過所述分布器將所述脈沖流體流分布到所述組件中。
17.權(quán)利要求10的膜組件，其中對各組件提供裝置。
18.權(quán)利要求10的膜組件，其中對多個(gè)組件提供裝置。
19.權(quán)利要求17或權(quán)利要求18的膜組件，其中所述脈沖流體流在所述裝置中無規(guī)產(chǎn)生，形成無規(guī)的分布型式。
20.從多個(gè)多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，所述多個(gè)多孔中空纖維膜安裝并縱向延伸在陣列中以形成膜組件，所述膜被彼此緊密鄰近設(shè)置并安裝以防止其間的過度運(yùn)動(dòng)，所述方法包括提供通過所述膜表面的通常無規(guī)的均勻分布的脈沖氣泡流的步驟，所述分布使得所述氣泡在所述陣列中的各膜之間基本均勻流動(dòng)以沖洗所述膜的表面并從所述膜組件內(nèi)去除累積的固體。
21.權(quán)利要求20的從多個(gè)多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，其中所述氣泡流包括兩相氣/液流。
22.權(quán)利要求21的從多個(gè)多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，其中所述脈沖兩相氣/液流是由具有基本恒定氣體供給的裝置產(chǎn)生的。
23.權(quán)利要求21或權(quán)利要求22的從多個(gè)多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，其中所述脈沖氣泡流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是任意的。
24.膜組件，包括多個(gè)多孔中空纖維膜，所述纖維膜被彼此緊密鄰近設(shè)置并安裝以防止其間的過度運(yùn)動(dòng)，所述纖維膜的各端固定在集管中，還包括一個(gè)在其中具有一個(gè)或多個(gè)開孔的集管，通過所述開孔引入用于清洗所述中空纖維膜的表面的通常無規(guī)的脈沖氣流。
25.權(quán)利要求24的膜組件，其中所述脈沖氣流是氣泡的形式。
26.權(quán)利要求24或權(quán)利要求25的膜組件，其中所述脈沖氣流包括兩相氣/液流。
27.權(quán)利要求26的膜組件，其中所述脈沖兩相氣/液流是由具有氣體供給的裝置產(chǎn)生的。
28.權(quán)利要求27的膜組件，其中所述氣體供給是基本穩(wěn)定的。
29.權(quán)利要求24或權(quán)利要求25的膜組件，其中所述脈沖氣流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是任意的。
30.權(quán)利要求14或權(quán)利要求27的膜組件，其中所述裝置包括響應(yīng)于來自與其連接的氣體源的所述加壓氣體供給操作的氣提泵裝置，用于儲存和間歇釋放加壓氣體，并使用所述釋放的氣體以氣提一定量來自液體儲蓄處的所述液體以產(chǎn)生所述脈沖兩相氣/液流。
31.權(quán)利要求30的膜組件，其中所述氣提泵裝置包括用于儲存由所述氣體源提供的所述氣體并具有位于所述液體儲蓄處內(nèi)的上封閉端和下開口端的倒置氣體儲存腔、位于所述氣體儲存腔內(nèi)且具有與所述液體儲蓄處流體連通的入口端和與所述膜組件流體連通的出口端的垂直提升管，所述提升管具有與所述氣體儲存腔流體連通的開口，其中所述氣體儲存腔被安置成用于在所述腔中的氣體含量達(dá)到預(yù)設(shè)含量時(shí)接收來自所述腔的所述儲存氣體，并將所述液體氣提通過所述提升管用于排放到所述組件中。
32.權(quán)利要求14或權(quán)利要求27的膜組件，其中所述氣體供給是由包含加壓氣體的外部罐提供的，所述罐與所述膜組件流體連通，并具有用于提供氣體的無規(guī)產(chǎn)生脈沖以形成用于清洗所述膜表面的氣泡流的控制裝置。
33.權(quán)利要求32的膜組件，其中所述控制裝置包括位于所述膜組件的氣/液入口中且可根據(jù)入口中的液體的水平操作以從所述外部罐中提供氣體的流體流控制裝置。
34.權(quán)利要求24的膜組件，其中所述裝置是與流體分布器流體連通而連接的，從而將所述脈沖的氣泡基本均勻地分布到所述組件中。
35.膜生物反應(yīng)器，包括具有用于將給料引入其中的裝置的罐、用于在所述罐內(nèi)形成活性污泥的裝置、依照權(quán)利要求24的位于所述罐內(nèi)以浸潰在所述污泥中的膜組件，所述膜組件具有用于將濾液從所述膜的至少一端移除的裝置。
36.權(quán)利要求35的膜生物反應(yīng)器的操作方法，所述方法包括將給料引入所述罐；對所述纖維施加真空以從其中去除濾液，同時(shí)提供所述脈沖氣流通過所述組件內(nèi)的充氣開孔，以使得在使用時(shí)所述氣流運(yùn)動(dòng)通過所述膜纖維的表面以從中去除污垢材料。
37.權(quán)利要求36的膜生物反應(yīng)器的操作方法，進(jìn)一步包括提供進(jìn)一步的充氣源，可以提供在所述罐內(nèi)。
38.權(quán)利要求36的膜生物反應(yīng)器的操作方法，其中所述膜組件垂直懸浮在所述罐內(nèi)，且所述進(jìn)一步的充氣源提供在所述懸掛組件之下。
39.權(quán)利要求33的膜生物反應(yīng)器的操作方法，其中所述進(jìn)一步的充氣源包括一組透氣管。
40.水處理系統(tǒng)，包括罐、與所述罐流體連接的液體腔、與所述液體腔流體連接的氣體腔、和與所述氣體腔流體連接的膜組件。
41.權(quán)利要求40的水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括具有與所述液體腔連接的抽吸側(cè)和與所述氣體腔連接的排放側(cè)的氣體轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。
42.權(quán)利要求40或權(quán)利要求41的水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述液體腔流體連接的氣體源。
43.權(quán)利要求40的水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括包含所述膜組件的膜組件容器，且所述膜組件容器與所述罐水力連接。
44.水處理系統(tǒng)，包括與水源流體連接的液體儲蓄處、包含第一隔室和第二隔室的氣/液腔，第一隔室與所述液體儲蓄處流體連接，膜分離容器與所述第二容器水力連接。
45.權(quán)利要求44的水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述膜組件水力隔離的腔室和與所述腔室連接的氣體源。
46.權(quán)利要求44或權(quán)利要求45的水處理系統(tǒng)，其中所述膜組件浸沒在膜罐中容納的混合液體中，所述膜罐與流體連接所述腔室的所述充氣區(qū)域水力連接。
47.沖洗膜組件的方法，包括 提供具有第一隔室和第二隔室的腔室； 在所述第一隔室和所述膜組件之間建立水力密封； 用液體至少部分填充所述第一隔室；和 將氣體引入所述腔室中。
48.權(quán)利要求47的沖洗膜組件的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括破壞所述水力密封，其中對所述水力密封的破壞將所述腔室內(nèi)包含的至少一部分氣體釋放到所述膜組件，以及然后在所述第一隔室和所述膜組件之間再次建立所述水力密封。
49.權(quán)利要求47的沖洗膜組件的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括對所述水力密封再次破壞和再次建立，以產(chǎn)生所述腔室內(nèi)包含的至少一部分氣體的脈沖釋放。
50.權(quán)利要求47的沖洗膜組件的方法，其中所述方法包括將液體引入所述第二隔室中。
51.權(quán)利要求47的沖洗膜組件的方法，其中所述將氣體引入所述腔室中是基本連續(xù)進(jìn)行的。
52.清洗位于包含液體的容器中的過濾膜的方法，通過在所述容器內(nèi)的多個(gè)位置處在所述液體內(nèi)提供通常無規(guī)的流體脈沖。
53.權(quán)利要求52的方法，其中所述流體脈沖的大小和/或頻率和/或持續(xù)時(shí)間是任意的。
54.權(quán)利要求52的方法，其中所述流體包括氣體。
55.權(quán)利要求54的方法，其中所述氣體包括氣泡。
56.權(quán)利要求52的方法，其中所述流體包括兩相氣/液混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用脈沖氣提泵的膜清洗，具體涉及用流體流清洗浸沒在液體介質(zhì)中的膜表面的方法，包括沿該膜表面提供無規(guī)產(chǎn)生的間歇或脈沖流體流以從中去除污垢材料的步驟。還公開了膜組件，包括多個(gè)多孔膜(6)或一組膜組件(5)和用于提供無規(guī)產(chǎn)生的脈沖流體流以使得在使用時(shí)所述流體流移動(dòng)通過所述膜(6)的表面以從中去除污垢材料的裝置(11)。
文檔編號C02F3/12GK103055703SQ20121056468
公開日2013年4月24日 申請日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者査富芳, G.賈梅斯, J.E.朱巴克, P.昭納, R.W.費(fèi)爾普斯 申請人:西門子工業(yè)公司